에너지전환효율 8.1%
상용화분야 무궁무진

고분자 전해질을 이용한 고체형 유기 태양전지가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술연구원(원장 김유승) 촉진수송분리막연구단 강용수 박사는 과기부 프로그램인 창의적연구진흥사업의 일환으로 고분자 전해질 관련 과제를 연구하던 중 고체형 유기태양전지 제조기술을 개발하게 됐다고 설명했다.
이는 빛 에너지를 받으면 전자가 방출되는 염료를 이용한 것으로, 에너지 전환효율이 8.1%(빛의 강도 0.1 Sun)로 기존(2.6%)보다 무려 3배 가량 우수, 세계최고의 성능을 자랑한다.
강용수 박사는 이같은 효율향상에 대해 “‘올리고머’라는 액체물질을 이용, 반도체층으로 전해질이 잘 들어가게 함으로써 염료와 전해질의 계면 접촉성을 크게 향상시키는 동시에 전해질의 이온전도도를 높였기 때문”이라고 밝혔다.
이 고체형 유기태양전지는 기존 액체형의 단점인 전해질 내 유기용매의 누출 및 휘발문제를 해결하고 반도체태양전지와는 달리 일반화학공정을 통해 쉽게 제조할 수 있어 제조단가가 1/5 가량 낮아 경쟁력이 있다.
아울러 그는 “염료가 들어가는 유기태양전지는 다양한 색깔과 투명성을 가지고 있어 유리창으로 이용가능, 건물일체형 태양광발전을 완성할 수 있다”고 강조했다.
또 유기태양전지의 유연성은 폭넓은 응용의 예를 보여준다. 옷 등의 겉감에 붙여 2차전지의 도움없이 실생활에서는 형광등만으로도 MP3, 디카 충전을 대신하고 보조이동전원으로서 노트북은 물론 군용텐트 등 군사용 장비에도 효과적으로 활용케 된 것이다.
반도체전지를 투명, 유연케 만들려면 상당한 고급기술과 더불어 고가의 제조비가 필요한 반면 유기태양전지는 자체적으로 이같은 장점을 가지고 있어 큰 매력으로 작용한다.
그러나 아직까지는 반도체태양전지(20∼25%)에 비해 효율이 다소 떨어지는 것이 사실이다.
따라서 그는 “일본 도요타벤처기업 등이 시험결과, 성능면에서도 별 차이가 없어 실제 적용하는데는 무리가 없다고 밝힌 바 있지만 내구성 및 효율향상에 더욱 박차를 가할 필요가 있다”라고 지적했다.
실제 미국 캘리포니아주에서는 유기태양전지가 다양한 용도로 보급되고 있으며 롤타입 공정으로 생산자동화는 물론 값도 매우 저렴해질 것으로 알려졌다.
현재 호주에서도 건물에 테스트 중이며 유기태양전지 관련특허의 90% 이상을 보유한 일본 역시 관공서의 건물지붕 등에 이미 부분적으로 시도하고 있다.
강 박사 연구팀은 이미 이와 관련된 2건의 국내외 특허를 출원한 바 있다. “국내 다른 연구팀들과 협동연구 추진을 통해 향후 5년내 ‘칼라 태양전지 유리창’등 세계 최고수준의 유기태양전지를 상업화하고‘저가 및 특성’전략에 포인트를 맞춰 시장구조를 제시, 기업의 참여를 유도할 계획”이라고 말했다.
6년 이상 외로운 연구에의 길을 걸어온 강용수 박사는 한가지 연구에 몰두할 수 있도록 집중 지원해준 덕에 세계적인 지식을 자부하게 됐다”면서 우리기술의 지속적인 개발을 위해 연구기회의 확대와 여유있는 투자를 당부했다.
<남경아 기자 nka@koenergy.co.kr>